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Serial Crystallography Captures Dynamic Control of Sequential Electron and Proton Transfer Events in a Flavoenzyme 
利用飛秒X-光自由電子雷射技術研究光解酶修復DNA的反應機制
M. Maestre-Reyna, C.-H. Yang, E. Nango, W.-C. Huang, E. P. G. N. Putu, W.-J. Wu, P.-H. Wang, S. Franz-Badur, M. Saft, H. Emmerich, H.-Y. Wu, C.-C. Lee, K.-F. Huang, Y.-K. Chang, J.-H. Liao, J.-H. Weng, W. Gad, C.-W. Chang, A. H. Pang, M. Sugahara, S. Owada, Y. Hosokawa, Y. Joti, A. Yamashita, R. Tanaka, T. Tanaka, F. Luo, K. Tono, K.-C. Hsu, S. Kiontke, I. Schapiro, R. Spadaccini, A. Royant, J. Yamamoto, S. Iwata, L. Essen*, Y. Bessho*, and M.-D. Tsai*(蔡明道)
2022/07/07
我們利用串行飛秒晶體實驗來研究MmCPDII光解酶在修復DNA之前所需要進行的兩個基本光還原反應：(1) FADox　到FAD•-　以及(2) FADH• 到FADH-，我們同時也研究反應中心FAD　isoalloxazine環在光還原過程中的構型的變化（圖）。我們利用飛秒晶體實驗首度解出在不同光催化反應時間下23個光解酶的結構觀察到活化區的細微結構變化並發現一個新穎的反應機制。為了觀測光解酶從氧化態(FADox)到陰離子半醌態(FAD•-)反應（實驗1）以及FAD• 到FADH-反應細部結構變化（實驗2），我們在藍光雷射激發奈秒 (ns) 到毫秒 (ms) 後蒐集繞射數據，解出每個時間點的結構，以原子解析度來觀察此光還原反應的結構變化。我們發現isoalloxazine 環與R378-D409 salt bridge隨著光還原反應時間有不同的交互作用力。在FADox光激發後逐漸地轉換成FAD•-，Arg378 N也逐漸地向FAD環的N5靠近以穩定FAD•- 環上逐漸累積的負電荷。FAD環因接受電子產生挫曲，在1-10s的時候產生最大值、Arg378也最靠近FAD環，挫曲在10s後變小、Arg378也逐漸遠離FAD，表示電子轉移反應在1-10 s內完成。